Измерение давления – новые тенденции

Электронные системы все шире внедряются в область измерения давления. Дни механических приборов, кажется, уже сочтены. Однако, современные достижения электроники помогают манометру обрести вторую жизнь.

Общая информация по поводу измерения давления

Наряду с температурой давление является одним из важнейших параметров в технике контроля производственных процессов. Давление определяется как отношение силы к площади. Физической единицей измерения является паскаль = 1Н/м². Другой популярной единицей давления в Европе принят бар = 100000 Па. В США используют PSI (фунт на квадратный дюйм).

Наиболее известным видом давления является избыточное давление, однако нередко измеряются также дифференциальное и абсолютное давления. Избыточное давление измеряется относительно окружающего атмосферного давления. То есть окружающее атмосферное давление равно 0 бар избыточного давления. Если на прибор подается давление больше или меньше окружающего атмосферного, показания прибора будут больше или меньше нуля, соответственно. Дифференциальное давление характеризует разность двух величин давления, а абсолютное давление представляет собой давление относительно вакуума (то есть абсолютного нуля давления).

Для измерения давления применяются приборы, работающие в основном по одному из трех принципов:

– жидкостные (U-образные) манометры;
– манометры с эластичным чувствительным элементом;
– электронные манометры с различными видами чувствительных элементов.

Жидкостные манометры были самыми первыми проборами измерения давления, однако сегодня они практически вышли из употребления ввиду неудобства их обслуживания. Принцип измерения в этих манометрах основан на соотношении, описывающем гидростатическое давление: измеренное давление пропорционально высоте столба жидкости и ее плотности. Высота этого столба непосредственно считывается по шкале как мера давления.

В зависимости от подлежащей измерению величины давления используются жидкости с различными плотностями.

Механические приборы

Фактически наибольшее распространение получили измерители давления с эластичным чувствительным элементом. У таких приборов давление проникает внутрь чувствительного элемента (например, трубчатой пружины), который при этом эластично деформируется. Деформация является мерой приложенного давления.

Поскольку эта деформация обычно составляет всего доли миллиметра, то это перемещение (ход) усиливается и преобразуется во вращательный момент оси со стрелкой, показывающей отсчет давления на циферблате.

Типичными эластичными элементами сегодня являются трубчатая пружина, пластинчатая пружина и для очень низких давлений капсульная пружина.

Механические приборы сочетают в себе метрологическое качество, простоту обслуживания, надежность. Они не требуют для работы дополнительной энергии (питания) и применяются во многих измерительных задачах, где требуется локальная индикация давления.

Электронные приборы

В этих приборах используются различные принципы измерения. В основном эти методы сводятся к измерению перемещения или силы. Физическая величина должна быть преобразована в измеримую электрическую величину. В результате мы имеем электрическое измерение неэлектрических величин. Для этого преобразования требуется внешняя энергия питания сенсора давления.

Основой такого метода является изменение сопротивления электрического проводника вследствие приложения давления. Сенсор образован четырьмя проводниками по так называемой мостовой схеме.

При приложении давления сенсор деформируется определенным образом. Это приводит к изменению сопротивления мостовой схемы за счет растяжения/сжатия проводников моста и, как следствие, к изменению напряжения в схеме. Как мера давления этот сигнал напряжения преобразуется в стандартный индустриальный выходной сигнал.

Будущее измерительной техники

В промышленности в последние годы большое значение приобрели системы управления и регулирования. Требование полной автоматизации управления и регулирования производственного процесса ведет к тому, что измеренные параметры, характеризующие протекание процесса, должны быть готовы к дальнейшей обработке. Этим объясняется тренд на преобладающее применение электронных приборов и постепенное вытеснение механических приборов, дни которых, похоже, уже сочтены.

Только благодаря предписаниям и действующим нормам, а также вследствие удобного считывания показаний механических локальных индикаторов, надежности и простоты обслуживания его величество. Манометр все еще применяется вместе с датчиками давления (да и то в качестве вспомогательного, избыточного средства).

Однако современные исследования в области электроники, позволили вернуть манометру актуальность и место в первом ряду измерительных приборов. Сплав электроники и механики, созданный фирмой WIKA, позволил разработать современный мехатронный измерительный прибор, объединяющий преимущества двух рассмотренных выше принципов. Инженеры получили простой в эксплуатации манометр с хорошо читаемыми показаниями, не требующий вспомогательной энергии и одновременно электрический выходной сигнал, соответствующий традиционному сигналу датчика (0-10 В / 4-20 мА), с линейной, квадратичной или другой зависимостью от измеряемой величины.

Благодаря объединению механики и электроники обеспечивается экономия пространства в точке измерения. Дополнительно эти интеллигентные механические приборы (intelliGAUGE) за счет особой организации электронных компонент могут обеспечивать до четырех точек сигнализации заданных уровней давления. Это дает еще большую экономию пространства и стоимости, так как пользователю нет необходимости в приобретении и установке дополнительного сигнализатора давления.

Фотографии и материалы предоставлены компанией WIKA.